مهمترین کوهها وارتفاعات این شهرستان عبارتند از:

1- رشته کوههای آلاداغ:

کوههای آلاداغ با جهت شمال غربی - جنوب شرقی مساحت قابل توجهی از شهرستان را به خود اختصاص داده اند. این کوهها از طریق کوه کورخورد که در منتهی الیه غربی خراسان شمالی قرار گرفته است، به شاه کوه متصل می شود(مرز آن با واحد البرز گردنه خوش ییلاق می باشد )آلاداغ رشته طویلی است که طول آن حدود 170کیلومتر است و در بین کوه کورخورد در غرب و بینالود در شرق قرار گرفته است آلاداغ در شمال توسط دره اترک محدود می شود، در جنوب به طرف اسفراین و جاجرم پایین می آید. مرتفع ترین نقطه آن به ارتفاع 3032 مترکه بخش مرکزی این رشته می باشد، در قله شاه جهان شرق اسفراین قرار گرفته است .آلاداغ در برخورد با بینالود کم ارتفاع می گردد و جاده ای که قوچان را به سبزوار متصل می کند حد فاصل این دو رشته کوه را تعیین می کند.

در شهرستان اسفراین این مجموعه کوهستانی به نامهای مختلف خوانده می شود، که از غرب به شرق شامل کوههای سالوک، سیاه خانه، کوههای روئین، جاج، تخته میرزا، البلاغ، کرکزو  و شاه جهان است. این ارتفاعات در بین خود دره های متعددی را به وجود می آورد که در ادامه فصل به  توضیح آنها خواهیم پرداخت.

2- رشته کوههای اسفراین(هرده جوین):

 این رشته کوه در جنوب اسفراین واقع است، خط الرس این ارتفاعات اسفراین را از منطقه جوین جدا کرده، دارای ارتفاع کمی بوده و در جهت موازی با کوههای آلاداغ کشیده شده است. مهمترین قله این مجموعه کوهستانی 1353مترارتفاع دارد.

در شمال این کوه، رود کال شور اسفراین (قره سو) از جنوب شرق به شمال غرب کشیده  که آبهای سطحی دامنه های شمالی را جمع آوری کرده و در جنوب آن کال شور جوین، آبهای دامنه های جنوبی آن را زهکشی می کند. دشت های صفی آباد و میاندشت در شمال این رشته کوه قرار گرفته اند.

3- کوههای هرده اسفراین:

شامل یک رشته فرعی کم ارتفاع در جهت شمال غرب - جنوب شرق می باشد که دشت اسفراین را از دشتهای صفی آباد و میاندشت جدا می کند و در انتهای این رشته کوه ، دشت اسفراین با میاندشت به هم متصل شده و یکپارچه می شوند. در همین نقطه رودخانه های بیدواز، بلقیس، کال جلوگیر، کال بگوری به  کال شور اسفراین (قره سو) می پیوندند. آنچه در رابطه با ارتفاعات اسفراین چشمگیر و قابل طرح است تفاوت مرفولوژی دو دامنه شمالی (پشت به آفتاب )و جنوبی(رو به آفتاب)این رشته کوههاست. بدین ترتیب که دامنه های شمالی معمولا دارای شیب کم و پوشش گیاهی انبوه است و تجمع خاک در آن دیده می شود و بعضا به زمین همواری می مانند که به پرتگاههایی در جنوب منتهی می شوند. بر خلاف آن دامنه های جنوبی به صورت تند و دارای شیب زیاد و بعضا دارای پرتگاهها و دیواره های بلند می باشند که به آسانی قابل عبور نمی باشند . 

دامنه های جنوبی به دلیل دریافت انرژی گرمایی بیشتر و در نتیجه رطوبت نسبی کمتر از پوشش گیاهی مناسبی برخوردار نبوده و این مسئله باعث فرسایش خاکها و شتشوی آنها گردیده است،در صورتی که در دامنه های شمالی به دلیل عملکرد تکتونیک در رابطه با شیب لایه ها و کمتر بودن تابش آفتاب و درنتیجه با لابودن میزان رطوبت پوشش گیاهی مستعد شده که این امر باعث حفظ خاکدر مقابل عوامل فرسایش شده است.